19 Вопрос
Внутренняя энергия и энтропия фотонного газа
Вн.эн.:
Термодинамические
характеристики фотонного газа. Определим
теперь внутреннюю энергию фотонного
газа, заполняющего при температуре
полость
объемом
.
С учетом формулы
,
находим
|
(1) |
.
Поэтому
для теплоемкости фотонного газа при
постоянном объеме
получаем
выражение
|
(1.50) |
.Отметим, что в отличие от классического идеального газа, теплоемкость которого не зависит от температуры, теплоемкость фотонного газа пропорциональна кубу его абсолютной температуры.
Применяя к фотонному газу
известное термодинамическое соотношение
,
с учетом
.
и (1)
получаем
.
Отсюда,
считая что
при
,
находим энтропию фотонного газа:
|
(2) |
.Полученные
термодинамические соотношения позволяют
рассмотреть различные процессы, в
которых может участвовать фотонный
газ. В частности, из
.
следует, что для фотонного газа
изотермический процесс (
)
является одновременно и изобарическим
процессом (
).
Если
при сжатии или расширении фотонного
газа его энтропия не изменяется (
),
то в таком процессе газ не обменивается
теплотой с окружающими телами (
),
и такой процесс является адиабатическим.
Из (2)
следует, что уравнение адиабатического
процесса для фотонного газа имеет вид
|
|
.С учетом . это соотношение преобразуется к виду
.
20 Вопрос
Реликтовое излучение
Рели́ктовое излуче́ние (или космическое микроволновое фоновое излучение от англ. cosmic microwave background radiation)— космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К. (По закону смещения Вина, λ=0,96 мм)
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва.
В 1955 году аспирант-радиоастроном Тигран Арамович Шмаонов в Пулковской обсерватории под руководством известных советских радиоастрономов С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского провёл измерения радиоизлучения из космоса на длине волны 32 см и экспериментально обнаружил шумовое СВЧ излучение[4]. Вывод из этих измерений был таков: «Оказалось, что абсолютная величина эффективной температуры радиоизлучения фона... равна 4 ± 3 К».
В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили прибор, аналогичный радиометру Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке установки выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холмдейла, Дикке остроумно заметил: «Мы сорвали куш, парни». После совместного обсуждения, группы из Принстона и Холмдейла заключили, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё открытие получили Нобелевскую премию.